Tıbbi İmplant ve Cihazlardaki Biyodegradable Polimerlere Giriş

Tıbbi alanda biyodegrad edilebilir plastiklerin benimsenmesi, son iki yılda hızlandırılmış ve polihidrojen (PCL), bu tür cerrahiler için ikincil cerrahileri ortadan kaldırmak için geçici olarak uygulanan geçici yapısal destek için ihtiyaçlar için, polikonik asit (PLA), poliglycolic asit (PGA), polikorkül (PCL), ve polihidrojenler (PHA) artık betonarmeler, uzun süre boyunca uygulanan mekanik olmayan bir şekilde, sertleştirici bir şekilde, sertleştirici bir şekilde, sertleştirici bir şekilde, uzun süre boyunca, mekanik olmayan bir şekilde, sertleştirici bir şekilde, kalıcı olmayan bir şekilde, kalıcı olmayan bir şekilde, kalıcı olmayan bir şekilde, kalıcı olarak, kalıcı olmayan bir şekilde,

Mekanik Stres Regimes Tıbbi Uygulamalarda Karşılaştırılması

Tıbbi cihazlar anatomik konum ve işleve göre değişen geniş bir mekanik yükler deneyimliyor. Bu stres rejimlerini anlamak biyodegrad edilebilir plastiklerde başarısızlık modlarını tahmin etmek temeldir.

Çekme ve Çare Stres

Sutures ve cerrahi ağlar, cihazın elastik olarak veya plastik olarak yük altına alınacağını defalarca ortaya koyarlar. Örneğin, PLA tabanlı vidalar, kilo verme faaliyetleri sırasında sertleştirici yüklere maruz kalmalı, ancak sürekli yük altındaki yüzeysel davranışların, sabit yük altındaki yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaşlama davranışın, sabit yüklerin altından çıkarmanın nasıl olacağını belirleyebilir.

Cyclic Fatigue ve Dinamik Yükleniyor

Cardiovascular stents ve ortopedik scaffolds sürekli döngüsel strese maruz kalıyorlar - kalpli radyal genişleme veya polimer eklemitasyondan kaynaklanan ağrılar, PGAde fiberlerin sadece dört hafta sonra mikroyapımsal hataların% 60'ını kaybettiğini gösteriyor.

Shear ve Torsional Stres

Intervertebral disk yedekleri veya tendon demirleri gibi uygulamalarda, hear ve torsional yükler predominate. Biodegradable plastikler genellikle metallere kıyasla daha düşük oar gücü vardır, bu koşullar altında delaminasyon veya fibrillasyona hassas hale getirir.

Biyodegradable Plastiklerin Mekanikleri Stres Altında

Biyodegrad edilebilir tıbbi cihazların başarısızlığı nadiren tek bir neden yüzündendir. Bunun yerine, mekanik yükleme ve malzeme bozulması arasındaki sinerjiden sonuçlar elde edilir. Aşağıdaki mekanizmalar literatürde sürekli olarak belgelenmiştir.

Mikrokrack Initiation and Propagation

Mekanik yükleme veya çevrim yüklemesi altında, mikrokahkahalar, beton dökmeleri veya artan kristalinitenin bölgeleri gibi stres konsensüslerinde form oluşturur.Bir kez başlatılan, çatlakların farmakülaksiyonu boyunca - en zayıf bölgelerden veya boyunca, 50 mikrometrenin varlığı polimerin plastikleştirilmesi ve zincirleme için gerekli enerjiyi azaltarak çatlakları hızlandırabilir.

Brittle Fracture vs. Ductile Tearing

Laleksiyon ortamı, bir cihazın bir çırpıda veya düktilki şekilde başarısız olup olmadığını önemli ölçüde etkiler. Kuru koşullarda PLA ve PGA, başlangıçta kırıklık sağlamak için en az elongasyonla birlikte sert davranışları sergileyebilir.Birkaç ortamda plastikleşme, cam geçiş sıcaklığının daha düşük olmasına rağmen, artan iyonunasyonal bozulmayı azaltır.

Çevre Stresi Çatmak (ESC)

ESC, bir polimerin aynı anda bir strese maruz kaldığı ve kimyasal bir ajana maruz kaldığı zaman meydana gelir. Vücutta enzimler, lipidler ve reaktif oksijen türleri özellikle kronik inflamasyonun devam ettiği uzun süreli implantlar ile ilgilidir.

Creep Rupture ve Stres Rahatlama

Sürekli gerilim koruyan cihazlar - yara kapatma bantları veya damar klipleri gibi - rupture'de sertleştirici bir kuvvet kaybına neden oluyor. Zamanla, polimer zincirleri yavaşça kırılır ve diğerlerini sürekli yük altında kaybolmaktadır; Bu viskoelastic yanıt, 37°C ve nötraliteye yakın koşullarda, tam tersi fenomen, vida ve suturesta bir kuvvet kaybına neden olur, ürperme istikrarı azaltır.

Mekanik Başarısızlıkların Materyal Faktörleri

Her biyodegrad edilebilir polimerin doğal özellikleri, bu özellikleri kopolimerizasyon, karışımlama veya işleme yoluyla değiştirebilmeleri için başarısızlık eşiğini dikte eder.

Moleküler Ağırlık ve Polydispersity

Yüksek moleküler ağırlık polimerleri daha fazla somutlaşma yoğunluk sergiliyor, ki bu sertliği ve gecikmeleri çatlakları artırıyor. Bununla birlikte, 2.0'ın üzerindeki bozulma oranları da moleküler ağırlıkla artış gösteriyor, çünkü hidrolysis için mevcut olan daha fazla ester tahvilleri var.Bir denge vurmalıdır: 100-200 kDa'nun moleküler ağırlığı yük taşıma sistemi implantları için tipiktir. Polydispersity index (PDI)

Kristallik ve Oryantasyon

Kristal bölgeler hidrolitik saldırıya daha dirençlidir, ancak daha fazla çırpıdadır. PLLA ve PCL gibi yarı iletken polimerler soğutma sırasında spherulite yapıları geliştirir. kristalin kesik olarak ısıtılabilir, ancak PLLA için% 30–60 artış, bu da aşırı derecede azalır direnç sağlar, ancak efekt gücü azaltır.

Katkılar ve Girers

Nanopartiküller, fiberler ve plastikleştiriciler mekanik performansı değiştirmek için eklenir. Hidroxyapatite partiküller kemik vidaları için sıkıştırıcı moduluslar geliştirir ancak düşük dağınıklarsa stres kesiciler olarak hareket edebilir. (20)[Döneticileri çatlakları azaltır, ancak yüksek yüklemede matrisi embrittles azaltır.Sürücük içerik ve yüzey tedavisi erken başarısızlıktan kaçınmak için gereklidir.

Çevre ve Fizik Faktörleri

Ev sahibi çevre, simdi laboratuvar testlerinde görülenlerin ötesindeki başarısızlık mekanizmalarını hızlandıran veya değiştiren koşullar yaratır.

Hydrolysis Kinetics in Vivo

Biyodegradable polyesterler öncelikle hidroliziyal bağlar yoluyla bozuluyor. Bu reaksiyon kalın bölümlerde asitli pH – in in in in in in inflamed dokular – ve temel koşullar tarafından bastırılıyor.En sık sık sık sık sık otokatalizin azalması, asit end-grupların kalın bölümlerde kapanıp kapanmasına neden olabilir.

Enzymatik

Hidrolysis baskınlara rağmen, dudakases, esterazlar gibi enzimler ve proteaserler implant yüzeyinin yakınında yer alan ve stres konsantrasyon siteleri olarak hareket edebilecek şekilde lokalize edilmiş durumda.

Sıcaklık ve Mekanik Yükleniyor Coupling

In vivo sıcaklık (37°C), PLA'nın cam geçişinin altındadır (55-60°C) ancak PCL'nin (-60°C) bozulmasının devam ettiği gibi, moleküler ağırlık azaltımı, Tg, potansiyel olarak basit immersion testlerine getiriyor, ancak yüksek seviyeli uygulamalar gibi kritik hale gelebilir.

Başarısızlık Karakterizasyon için Analitik Yöntemler

Sistematik başarısızlık analizi, mekanik testlerin ve mikroyapısal soruşturmanın bir kombinasyonunu içermektedir.

Vitro Mekanik Test Protokolleri

ASTM F1634 (Standart Test Yöntemi In Vitro Degradasyon of Resorbable Plastiks), yüksek çözünürlükte yapılan yüksek çözünürlükte yapılan yüksek çözünürlükte yapılan yüksek çözünürlükte 37°C'de sinüsoid yükleri uygular. Örnekler, bu tür testler için üretilen S-N eğrileri, o zaman, 30-50'den düşük gecikme limitleri açığa çıkarır.

Enerji Dispersive X-ray ile elektron Microscopy (SEM/EDX)

Fracture yüzeyler, hackle işaretleri, nehir hatları veya dimples gibi özellikleri tanımlamak için SEM altında incelenir, örneğin, Neu et al., SEM'nin elemental değişikliklerini tespit eder) çünkü dış kabukları etkileyen bir yüzey tabakası oluşturur.

Dinamik Mekanik Analiz (DMA)

DMA depolama modulus, kayıp modulus ve tan delta osilasyon stresi altında. Bu teknik, yüksek çözünürlükte bir düşüşle geçiş sıcaklıklarını ve damping özelliklerini ortaya koyar. cam geçiş zirvesine geçiş hacminde daha düşük sıcaklıklara bir değişiklik, moleküler ağırlıkta bir azalmayı gösterir ve DMA da görünür başarısızlık meydana gelmeden önce depolama modundan bir damla mikrok için mikrok algılayabilir.

Diferansiyel Tarama Calorimetri (DSC) ve X-ray Diffraction (XRD)

DSC, kırıklık sırasında kristalinitede değişiklikler yaparken, XRD belirli kristal formları tanımlar (örneğin, α- ve LRform kristalleri PLLA'da). Zaman boyunca kristalitede artışlar (birmorf bölgelerin tercih edilmesi) bir cihazın başarısızlığa geçiş yapabileceğini tahmin eder.

Design Strategies for Improv Mekanik Durability

Mitigating failure, materyal, geometri ve üretime hitap eden çok yüksek bir yaklaşım gerektirir.

Copolimerization and Blending

Rastgele veya blok L-lactide, glycolide ve ⁇ -caprolactone, PCL ile bozulma oranı ve mekanik özellikleri ayarlamasına izin verir (örneğin, PLGA (polik asit) 85:15 lactid-to-glycolid oranı 2-3 ay boyunca yüksek başlangıç gücü ile çalışır.

Fiber Dondurma

Sürekli veya kısa cam elyaflar, karbon veya biyoreabsorbable polimerler güç ve yorgunluk hayatını dramatik bir şekilde artırabilir. Self-reinforced kompozitler (örneğin, PLLA fiberler tam biyodegradabiliteyi sürdürürken yüksek sertlik sağlar. anahtar meydan okuma, plazma tedavisi veya compatibilizerler aracılığıyla sık sık sık elde edilir.

Yapısal Optimizasyon Topoloji

Finite element analizi (FEA), yüksek stresleri azaltmak için cihaz geometrisinde stres konsantrasyonlarını tanımlamak ve yeniden dağıtım materyalini azaltmak için kullanılır. Örneğin, bir yaka veya kemik vidasının kökünde bir kesit ekleyerek, stresi %40'a kadar azaltılabilir.(22)[Dönetici ve göz ardı edilebilir yapılar – PCL’de sülatif olarak 10 kat daha fazla sıkıştırılmayan sıvı ingresyon için uygunlanmış sertleştirici.

Yüzey Mühendisliği ve Kaplamalar

Mikrokökün (PEG) veya biyoaktif camın kaplamaları, ilk bozulma oranını azaltır. Atom tabakadaki organik kaplamalar (Al2O3), mikrokökün ilk birkaç hafta boyunca mikrokınlığa engel olan bir bariyer sağlar. Ancak, bir kez kaplamalar - mekanik veya dissiyonel olarak - hızla hata yerinde hızla ilerliyor.

Düzenleme ve Klinik İmplikasyonlar

Biyodegrad edilebilir plastiklerin başarısızlığı doğrudan düzenleyici onay yollarını etkiler. ABD Gıda ve İlaç Yönetimi (FDA) amaçlanan bozulma süresi boyunca mekanik performans kanıtı gerektirir. Tipik olarak, üreticiler, mevcut olduğunda cihaz en az% 70'ini tutmalıdır (örneğin, 12 hafta kemik kırıkları için).In vitro veriler, hayvanat çalışmaları ile ilişkili olmalıdır.

Klinik başarısızlıklar - tibial plato plato plato platolarda erken vida kırılması veya koroner arterlerinde belirgin bir düşüş gibi - yetersiz endotelyal yorgunluk veya çevresel etkiler nedeniyle geç çocukluk dönemi gecikmeli bir şekilde yeniden izlendi.Örneğin, ilk nesil biyoresorbable vaskaffoldu (Absorb BVS) bu tür başarısızlıklardan çekilmeye ve mekanik stres ve anitasyon koşulları dahil etmek için daha yüksek bir oranda artış gösterdi.

Başarısızlık Analizinde Future Yol

Gelişmiş karakterizasyon teknikleri, büyük veri kümeleri üzerinde eğitilmiş mekanik test sırasında çatlakların bozulmasına izin veren biyo-değerlendirme parametreleri ile birlikte yapılan mikroskoplarda, yüksek çözünürlükte yapılan analiz algoritmalarının, yüksek çözünürlükte bozulma süreleri ile ilgili olarak başarısız zamanlarda tahmin edilebilir hale getirilmesine olanak sağlar. Ek olarak, pH veya sıcaklıktaki çatlakların değiştirilmesi, kritik iyileşme süreleri boyunca kendilerini güçlendiren akıllı cihazlara yardımcı olabilir.

Başka bir umut verici alan, mikrokapılı şifa ajanlarının mikrokapıları içeren kendi polimerlerin kullanımıdır. Bu tür teknolojilerin entegrasyonu, senetik ve şifa verimliliğin arttırılmasını gerektirecektir.

Sonuç olarak, mekanik stres altında biyodegrad edilebilir plastiklerin başarısızlık analizi, güvenle yeniden üretim yaparken çok yönlü bir disiplindir. Alan, başarısızlık modlarını sistematik olarak tanımlamak için talep eder - insan vücudunun karmaşık talepleri ile karşı karşıya kalır - ve kontrol faktörleri, mühendisler ve klinikler doku iyileşmelerini güvenilir bir şekilde destekleyebilirler.